Состав, строение и свойства пластмасс

ГЛАВА 9. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

 

Общие сведения

У композиционных материалов, изготовляемых на основе органических вяжущих веществ, переход из вязко-текучего состояния в твердое и формирование микро- и макроструктуры происходит либо за счет испарения летучих органических растворителей, либо в результате охлаждения (понижения температуры) смеси. Для повышения эффективности отверждения и улучшения качества готового (например, полимерсодержащего) изделия могут вводиться также вещества специального назначения: возбудители (катализаторы и инициаторы) в виде кислот, солей сильных кислот, перекисей; отвердители (сера, перекись, диамины); противоокислители (оксиданты); ингибиторы (замедлители отверждения) и др. При необходимости в исходную смесь вводят также порообразующие, красящие и другие вещества с целью получения композиционных материалов заданных свойств и структуры. Вместо добавочных веществ иногда при отверждении используют способы физического воздействия (облучение, механические напряжения и т. д.).

Композиционные материалы бывают на основе:

— битумо- и дегтесодержащих вяжущих (асфальтовые и дегтевые бетоны и растворы, мастики, эмульсии);

— полимеров (полимербетоны и полимеррастворы, пластмассы и другие материалы);

— смешанных вяжущих (битумополимерных и др.).

 

Состав, строение и свойства пластмасс

Пластмассами называют композиционные материалы, получаемые разнообразными технологическими приемами на базе органических связующих, наполнителей и модификаторов. При этом полимеры в период формирования структуры таких материалов находятся в вязко-текучем (пластическом) состоянии, что и определило их название.

В зависимости от состава пластмассы подразделяют:

— на ненаполненные (органическое стекло, полиэтиленовая пленка);

— наполненные (содержат порошкообразные, листовые, волокнистые и другие наполнители);

— газонаполненные (пено- и поропласты).

В зависимости от вязкоупругих свойств различают пластмассы:

жесткие — твердые, упругие материалы аморфной структуры, хрупко разрушаются с незначительным удлинением при разрыве (фенопласты, аминопласты, пластмассы на основе глифталевых и других полимеров);

полужесткие — твердые вязкоупругие материалы кристаллической структуры с высоким относительным удлинением при разрыве. Остаточные деформации их обратимы и полностью исчезают при нагревании (полипропилен и полиамиды);

мягкие — имеют более низкий модуль упругости и высокое относительное удлинение при разрыве. Остаточные деформации тоже обратимы и медленно исчезают при нормальной температуре (поливинилацетат, полиэтилен и др.);

эластичные (эластики) — мягкие гибкие пластмассы, характеризуемые большими обратимыми деформациями при растяжении (каучуки, полиизобутилен и др.).

Пластмассы обладают рядом физико-механических свойств, которые дают им значительные преимущества перед наиболее распространенными строительными материалами.

Плотность пластмасс чаще всего находится в пределах 900... 1800 кг/м³, т. е. они в 2 раза легче алюминия и в 5...6 раз легче стали. Вместе с тем плотность пористых пластмасс может достигать 15...30 кг/м³, а плотных — 1800...2200 кг/м³.

Прочность пластмасс в большинстве случаев превосходит многие традиционные строительные материалы (бетон, кирпич, древесину) и составляет для пластмасс с порошкообразным наполнителем 100... 150 МПа, у стекловолокнистых достигает 400 МПа.

Теплопроводность пластмасс зависит от их пористости: у пено- и поропластов составляет 0,03...0,04 Вт/(м×К), у остальных - 0,2...0,7 ВтДм×К).

Пластмассы обладают высокой химической стойкостью, низкой истираемостью, легко окрашиваются в массе. Некоторые ненаполненные пластмассы прозрачны и обладают высокими оптическими свойствами. Их можно легко обрабатывать — пилить, строгать, сверлить. Они легко поддаются технологической переработке.

Наряду с комплексом положительных свойств пластмассы имеют и недостатки. Например, у большинства пластмасс низкая теплостойкость: 60...80 °С (полистирол, поливинилхло рид, полиэтилен и др.), у некоторых она не более 200 °С (на основе фенолоформальдегидных смол) и лишь у кремнийоргани- ческих полимеров достигает 350 °С.

У многих пластмасс низкая огнестойкость. К легко воспламеняемым и сгораемым с обильным выделением сажи относятся изделия на основе полиэтилена, полистирола, производных целлюлозы. Трудно сгораемыми являются изделия на основе поливинилхлорида, полиэфирные стеклопластики, фенопласты, которые при повышенной температуре лишь обугливаются. Негорючими являются пластмассы с большим содержанием хлора, фтора или кремния.

Многие пластмассы при горении или даже нагревании выделяют опасные для здоровья вещества (угарный газ, фосген, соляную кислоту и др.). При переработке пластмасс тоже нередко выделяются токсичные вещества (фенол, формальдегид, различные растворители или пластификаторы). Поэтому применение в строительстве новых полимерных материалов должно быть санкционировано органами санитарного надзора.

Существенным недостатком пластмасс является высокий коэффициент термического расширения — от 2 до 10 раз выше, чем у стали. Это свойство необходимо учитывать при проектировании большепролетных конструкций.

Пластмассам свойственна усадка при отвердевании, достигающая 5...8%. У большей части пластмасс низкий модуль упругости, значительно ниже, чем у металлов. При длительных нагрузках они обладают большой ползучестью. С повышением температуры ползучесть еще больше возрастает, что приводит к нежелательным деформациям (прогиб и провисание конструкций).

Пластмассы нашли широкое применение практически во всех отраслях промышленности, в том числе и строительной. Из полимеров и пластмасс производят:

- высококачественные конструкционные и отделочные материалы (сайдинг, декоративные пленки, напольные покрытия);

- эффективные теплоизоляционные изделия (пено-, поро- и сотопласты);

- гидроизоляционные и герметизирующие материалы и изделия (рулонные, листовые, мастичные);

- погонажные изделия (поручни, плинтусы, раскладки);

- трубы и санитарно-технические изделия;

- полимербетоны и растворы;

- лакокрасочные и многие другие материалы.

Широкое использование в нашей жизни пластмасс породило новую экологическую проблему. Готовые полимеры и пластмассы на их основе при условии правильно проведенного синтеза и переработки в большинстве своем безвредны. Однако отслужившие свой срок пластмассовые изделия не вписываются в природный цикл: они не гниют и не разлагаются под действием природных агентов, поэтому их количество постоянно увеличивается. Одним из вариантов этой проблемы является получение биологически разлагаемых полимеров, разработке которых в настоящее время уделяется достаточно серьезное внимание учеными всего мира.